De ontwikkeling van een virtual reality-achtig projectiesysteem om het zicht van insecten te bestuderen, zou de Amerikaanse luchtmacht uiteindelijk kunnen voorzien van een nieuw type navigatiesysteem.

De University of Alabama in Huntsville (UAH) is de leidende instelling die samenwerkt met Polaris Sensor Technologies Inc. van Huntsville in een driejarige, Fase II Small Business Technology Transfer (STTR)-subsidie ​​van $ 1 miljoen om verschillende schermmaterialen te testen en vervolgens een projectiesysteem voor insectenexperimenten voor de luchtmacht te ontwerpen en te bouwen.

UAH en Polaris hebben met succes een Fase I-beursstudie afgerond en werden aangemoedigd om een ​​voorstel in te dienen voor het competitief toegekende Fase II-programma. Het team heeft onlangs te horen gekregen dat het voorstel een winnaar is. Polaris Sensor Technologies zal het ontwerpwerk doen en UAH is verantwoordelijk voor het onderzoek naar componenten en systemen. De kamer wordt gebouwd in het UAH Optics Building.

De luchtmacht is geïnteresseerd in het leren hoe insecten polarisatievisie gebruiken, zegt dr. Don Gregory, UAH onderscheiden hoogleraar natuurkunde. Polarisatie omvat de geometrische oriëntatie van lichtgolfoscillaties, een eigenschap die de insecten detecteren en op de een of andere manier gebruiken om zichzelf te sturen.

"Veel insecten kunnen optische polarisatie zien en gebruiken. sommige insecten kunnen het gedeeltelijke polarisatiepatroon in de lucht zien, die we niet kunnen zien zonder instrumenten. Denk dus aan scenario's waarin GPS niet beschikbaar is, zoals op de bodem van 'urban canyons'. Hoe navigeer je?" vraagt ​​Dr. Gregory. "Sommige insecten, inclusief bijen, mieren en sprinkhanen, navigeren door het hemelse polarisatiepatroon te voelen, en het zou best gaaf zijn om te begrijpen hoe ze dat doen en het mechanisme te gebruiken om met GPS-ontkende situaties om te gaan."

Om erachter te komen hoe de insecten polarisatie en kleurenvisie uitbuiten, Luchtmachtwetenschappers hebben eerst een experimentele omgeving nodig die de insecten realistische visuele prikkels geeft.

"We willen dat het insect denkt dat het buiten is, " zegt Dr. Gregory.

Om dat voor elkaar te krijgen, zijn er twee uitdagingen. Eerst, het scherm dat wordt gebruikt om de omgeving te creëren, moet het lichtspectrum en de polarisatie die erin wordt ingevoerd tijdens een experiment nauwkeurig weergeven. Ten tweede, de schermverversingssnelheid moet hoger zijn dan de snelheid waarmee het geteste insect een vloeiende beweging ervaart in plaats van alleen een reeks verfrissende beelden, noemde de flikkerfusiefrequentie.

Er zijn twee mogelijke schermtypes om experimentele beelden op insecten te projecteren. Men gebruikt een reflecterend schermmateriaal dat geprojecteerde beelden terugkaatst als een filmscherm. De tweede maakt gebruik van een doorlatend scherm waarop beelden van achteren worden geprojecteerd, vergelijkbaar met projectie-tv-schermen.

Het vinden van het beste materiaal voor beide soorten schermen is de taak van Bill Walker, die een afgestudeerde natuurkundestudent is met een optica-concentratie.

"Wat we aan het ontwikkelen zijn, is een IMAX-achtig scherm voor insecten, Walker zegt. "Wat ik doe, is kandidaat-materialen voor het scherm testen." Het feit dat insecten in een breder spectrum kunnen zien dan mensen, maakt de uitdaging nog groter. "Het moet ultraviolet zijn dat door het menselijk bereik zichtbaar is, en ik weet dat het UV-bereik een harde noot is om te kraken."

In het labortorium, Walker gebruikt een monochromator om golflengten van licht te selecteren die hij concentreert op een staal van toekomstig schermmateriaal, en meet vervolgens de hoeveelheid licht die wordt gereflecteerd of doorgelaten over een boog van 180 graden, dit alles terwijl de getrouwheid van de reproductie wordt gecontroleerd op de golflengten en polarisatie die worden ingevoerd.

"Het belangrijkste dat ik meet, is de hoeveelheid licht die door het scherm gaat of wordt weerkaatst, afhankelijk van de hoek, ' zegt Walker.

Zijn werk wordt aangevuld met onderzoek naar polarisatie door verstrooiing gedaan door teamlid Ahmed Elsehly, een doctoraalstudent optische wetenschap en techniek die ook een primaire rol vervult als de expert van de onderzoekers over de Zemax optische ontwerpsoftware die ze gebruiken.

"Zemax is de industriestandaard voor optische software, en ik zou zeggen dat er niemand op de universiteit is die het beter begrijpt dan Ahmed, " zegt Dr. Gregory.

De tweede hindernis voor insecten virtual reality is de verversingssnelheid van het scherm, die wordt aangepakt door Samantha Gregory, Dochter van Dr. Gregory en een afgestudeerde natuurkundestudent.

"De helft van de uitdaging om ze te laten geloven dat wat het scherm hen laat zien echt is, is om het scherm sneller te laten flikkeren dan het insect het kan detecteren, "zegt ze. Dat is een hele prestatie, aangezien de snelheid waarmee het insect afzonderlijke verversingen ziet als een continu bewegend beeld, die kan oplopen tot 400 Hz, ligt ruim boven de weergavesnelheid van ongeveer 60 Hz, waar mensen bewegende dingen op een scherm als continue beweging zien.

"Succesvol zijn, we moeten gewoon boven die 400 Hz opereren, ' zegt Samantha Gregory.

Het UAH/Polaris-ontwerp maakt gebruik van dezelfde technologie voor digitale microspiegelapparatuur (DMD) die wordt gebruikt in de nieuwste generatie filmprojectoren, Dr. Gregory zegt.

Hij vergelijkt de verversingssnelheid met het tekenen van figuren op veel speelkaarten, draai ze vervolgens om om de figuur te laten bewegen. "Als het snel genoeg draait, het ziet eruit als één continue beweging."